Совершенствование телеграфа
Когда прокладывали первые телеграфные линии, главной задачей было соединить телеграфом один пункт с другим. Когда эта задача была решена, возник другой вопрос – об эффективности использования кабеля.
Первоначально эта задача решалась за счет повышения интенсивности работы телеграфиста. Скорость работы на аппарате С. Морзе составляла около 100 зн./мин, на аппарате Д. Юза до 200 знаков. Опытным телеграфистам удавалось повысить скорость до 240–300 знаков[286].
Когда возможности повышения интенсивности работы телеграфиста были исчерпаны, начались поиски по другим направлениям.
В связи с этим было обращено внимание, что рука обычного телегра-фиста тратила на передачу знака 0,3 с, замыкание контакта составляло менее 0,1 с, скорость передачи электрического сигнала является почти мгновенной[287]. Это означает, что большую часть времени телеграфный кабель был свободным.
Стремясь устранить этот недостаток, английский изобретатель Г. Фармор предложил в 1853 г. включать в «провод не один, а два или больше передатчиков, предоставляя этот единственный провод каждому передатчику по очереди при помощи специального устройства – распорядителя»[288]. И хотя это позволило более полно использовать телеграфный кабель, однако подключенный к определенной линии телеграфист прежде чем начать передачу телеграммы, должен был ждать, когда до него дойдет очередь.
«Это обстоятельство, – пишет А. В. Яроцкий, – породило идею отделить ручную работу телеграфиста от непосредственного процесса передачи сигналов в линию. Многочисленные попытки осуществить эту идею свелись к разработке двух типов устройств: передатчиков с механизмом для предварительного накопления кодовых комбинаций; передатчиков, работа которых управлялась не рукой телеграфиста, а с помощью заранее подготовленной им перфорированной ленты»[289].
Одну из первых попыток решить эту проблему сделал в 1858 г. Ч. Уитсон[290]. Созданный им аппарат использовал код Морзе, но телеграмма первоначально пробивалась на перфорированной ленте в виде отверстий. В таком виде она сохранялась до тех пор, пока до нее не доходила очередь. После этого специальное устройство преобразовывало комбинацию отверстий на перфоленте в электрические сигналы, которые записывались на приемной станции в виде точек и тире[291].
Телеграфисты получили возможность отбивать телеграммы одна за другой, а в очередь теперь выстраивались отправленные ими телеграммы.
Позднее, после того как Ф. Крид (Creed) (1871–1957) объединил «перфоратор с клавиатурой пишущей машинки, специальный передатчик, так называемый трансмиттер, ленточный рекордер для приема на перфорированную ленту и дешифратор, обеспечивавший воспроизведение буквенного текста»[292], скорость передачи телеграмм увеличилась до 1500 знаков в минуту. Появилось понятие «машинное телеграфирование»[293]. «Разработка буквопечатающей аппаратуры с предварительной перфо-рацией ленты на основе равномерного пятизначного кода была впервые успешно осуществлена в 1912 г.»[294].
Первоначально использовалась симплексная телеграфная связь, на смену ей пришла дуплексная.
Симплексная телеграфная связь характеризовалась поочередной передачей телеграмм между двумя телеграфными станциями: то в одну сторону, то в другую. Причем на каждом из этих пунктов один и тот же телеграфный аппарат использовался как для передачи, так и для приема.
Для дуплексной связи характерна одновременная передача информация между двумя станциями в одну и другую сторону. С этой целью на каждой станции использовались или два разных аппарата (одного передающего, другого – работающего на прием) или же один аппарат «с электрически разделенными цепями приема и передачи»[295].
Идея дуплексной связи была сформулирована русским изобретателем Зиновием Яковлевичем Слонимским (1810–1904) в 1859 г.[296] Однако ее практическое осуществление связано с именем французского изобретателя Жана Мориса Эмиля Бодо (1845–1903). В 1874 и 1876 гг. он получил два патента на многократное телеграфирование[297]. В 1877 г. его телеграфные аппараты были установлены на линии Париж–Бордо»[298], затем получили распространение в других странах.
Передающий аппарат Э. Бодо состоял из пяти клавиш, с помощью которых замыкание и размыкание цепи производилось не одной, а двумя руками. Вначале передаваемая таким образом информация поступала на распределитель, который представлял собой диск с двумя закрепленными на нем металлическими кольцами. Внешнее кольцо было разрезано на десять изолированных друг от друга контактов, разделенных на две группы. Первые пять контактов были соединены с клавишами, пять вторых подключены к электромагнитам. На приемной станции находился такой же распределитель с той лишь разницей, что первые пять контактов были подключены к электромагнитам, а пять вторых к клавишам. Через внутренне кольцо оба распределителя были присоединены к линии связи[299].
На передающей и приемной станциях синхронно и синфазно с скоростью 200 об./мин вращались специальные «щетки», которые скользили по контактам внешнего кольца распределителя. Когда они делали пол-оборота и таким образом замыкали первые пять контактов, происходила передача информации, когда «щетки» делали еще пол-оборота и замыкали пять других контактов, производился прием информации[300]. Запись информации производилась с помощью буквопечатающего «колеса Юза». Если разделить распределительное кольцо на 20 контактов, то к телеграфной линии можно было подключить четыре телеграфных аппарата: два с одной стороны, два с другой[301].
Первоначально пропускная способность двукратного аппарата Бодо составляла до 400 букв/мин (200 с одной стороны и 200 – с другой). Обращаю ваше внимание – букв, а не знаков. Увеличение количества контактов до 20 позволило увеличить пропускную способность до 800 букв[302].
«Усовершенствованные многократные телефонные аппараты Бодо, – отмечается в БСЭ, – применялись до середины ХХ в. В 30-х гг. ХХ в. были разработаны 3-, 6-, 9-кратные аппараты, что значительно увеличило пропускную способность телеграфных связей: до 20 тыс. слов в час» или же 600 слов/мин[303]. Обратите внимание: слов, а не букв и знаков.
В честь Ж.-М.-Э. Бодо названа единица скорости телеграфирования «бод», 1 Б – один элементарный электрический импульс в секунду[304].
В XIX в. наметился еще один важный подход к проблеме уплотнения телеграфных каналов.
Еще в 1811 г. немецкий физик И. Х. Швейгер предложил использовать для передачи информации не размыкание и замыкание электрической цепи, а изменение электрических колебаний, различающихся «направлением тока, продолжительностью и применяемым напряжением»[305], т. е. использовать для передачи информации изменение частоты электрических колебаний.
В качестве примера подобного телеграфирования можно привести проект харьковского профессора Г. Морозова. В 1869 г. он сконструировал устройство, которое представляло собою небольшой сосуд, наполненный водой. В него были опущены два электрода, один из которых можно было приводить в движение (вверх, вниз). Изменение положения этого электрода имело своим следствием изменение объема воды между электродами, а значит, изменение сопротивление в электрической цепи и силы тока[306].
Закодировав эти изменения, можно было с их помощью передавать информацию, не размыкая электрическую цепь.
«Из всех технических идей, относящихся к задаче повышения степени использования дорогостоящей телеграфной линии, – отмечал А. В. Яроц-кий, – безусловно, самой важной явилась идея телеграфирования токами разной частоты»[307].
«Частота – это число полных циклов колебаний некоторых величин (например, напряжения) за секунду, иными словами, частота показывает, сколько раз в секунду величина достигает своего максимального значения. Полный цикл или период образуется тогда, когда колебательное движение начинается с нулевой величины напряжения, достигает его максимально положительного значения, затем снижается до наименьшего отрицатель-ного значения и возвращается к исходной величине… Эта скорость или частота измеряется в герцах (Гц)»[308]. «Герц – единица частоты колебаний, равная частоте такого колебания, период которого равен 1 с, т. е. герц равен одному циклу в секунду»[309]. 1000 колебаний в секунду составляют 1 кГц, 1 млн – 1 МГц, 1 млрд – 1 ГГц[310].
Однако главное в идее частотного телеграфирования заключалось не в том, что оно позволило экономить время, уходящее на замыкание и размыкание электрической цепи, а в том, что открыло возможность, используя электромагнитные колебания разной частоты, передавать одновременно по одному и тому же проводу несколько сообщений.
Представим, что по двум каналам в одном направлении движутся шарики, имеющие два разных диаметра, причем каждый шарик обозначает одну букву, например 1а – в, 2а – о, 3а – д , 4а – а и 1б – х, 2б – л, 3б – е, 4б – б. Затем шарики беспорядочно сливаются в общий поток и в этом потоке движутся до тех пор, пока в конце канала не появляется фильтр в виде отверстия (больше диаметра маленьких, но меньше диаметра больших шариков). Маленькие шарики опустятся в нижний канал, большие покатятся дальше. В результате этого будет восстановлен тот порядок, в котором шарики находились первоначально. А поскольку каждый из них обозначал определенную букву, мы можем прочитать переданную таким образом информацию: «в-о-д-а»и «х-л-е-б».
Именно такой принцип был положен в основу частотного телегра-фирования, которое определяется как «телеграфирование, осуществляемое посылкой в линию связи несущих токов нескольких частот, промодули-рованных телеграфными сигналами от различных передатчиков. На при-емной станции линейные фильтры, пропускающие только определенные полосы частот, разделяют телеграфные сигналы по приемникам и расши-фровывают демодуляторами»[311].
Одним из первых практический способ реализации этой идеи русский инженер Григорий Григорьевич Игнатьев (1846–1898) предложил уже в 1880 г. [312]. Это было время, когда в России появился телефон, и были предприняты попытки использовать для телефонных разговоров телеграф-ные линии. Однако если телефонирование по свободному телеграфному проводу оказалось успешным, то ведение телефонного разговора во время передачи по этому же проводу телеграммы сопровождалось возникнове-нием на линии помех.
В связи с этим Г. Г. Игнатьев поставил вопрос о необходимости создания с помощью специальных устройств в общей физической цепи раздельных каналов связи для телеграфирования и телефонирования. С этой целью он предложил использовать особым образом включенные в цепь конденсаторы, которые могли разделять или фильтровать телеграф-ные и телефонные токи [313].
Военное ведомство, с которым он сотрудничал, сразу же засекретило его работу. Поэтому первый патент на изобретение «частотного уплотнения» получил в 1883 г. бельгийский инженер Ф. ван Риссельберг (Rysselberghe) (1846–1893)[314].
Несмотря на то что первые опыты многоканального телеграфирования относятся к концу XIX в.[315], тогда оно не получило распространения. Возможность для практической реализации идея частотного телеграфирования открылась только в 1920-е гг., «когда появились ламповые генераторы незатухающих электрических колебаний» (подробнее об этом см. далее)[316].
Частотное телеграфирование разделяют на три вида: подтональное, тональное и надтональное. Критерием этого деления стал международный стандарт для телефонной связи: 300–3400 Гц. Если используется этот стандарт, телеграфирование называется тональным, если выше – надто-нальным, если ниже – подтональным[317].
Наиболее распространенным является тональное телеграфирование, при котором по одному проводу только в одну сторону сразу можно передавать до 24 сообщений[318].
Переход к частотному многоканальному телеграфированию открыл перспективу расширения возможностей телеграфа не за счет строительства новых линий, а за счет повышения пропускной способности уже имеющихся.
«В 1977 г., – писал М. С. Самарин, – протяженность линий только тонального телеграфирования в мире составляла 107 канало-километров. Если бы такая линия существовала, то она могла бы опоясать землю по экватору 250 раз. Для изготовления проводов в диаметре 3–3,5 мм необходимо было бы израсходовать около 1600 тысяч тонн меди» – это годовое производство меди США[319].
Глава 4. Телефон
Изобретение телефона
Как уже отмечалось, человеческий голос слышен на расстоянии нескольких десятков, в лучшем случае сотен метров. Поэтому еще в далеком прошлом для его усиления был изобретено такое устройство как рупор. Однако даже 6-метровый рупор англичанина Самюэля Морленда (1625–1695), созданный около 1670 г., позволял увеличить слышимость голоса лишь до 1,5 км[320].
В XVI–XVII вв. появилась идея использовать для передачи звука на расстояние трубопровод. Позднее эта идея получила применение на флоте для передачи команд с капитанского мостика, например в машинное отделение. Такую же систему передачи звука пытались создать на железных дорогах, чтобы соединить вагон начальника поезда с другими вагонами и паровозом[321].
«Первым акустическим индикатором электрических сигналов» стал электрический звонок[322], который был изобретен в середине XVIII в.[323]. Первоначально его использовали как вызывающее устройство. Такую же роль он стал играть в телеграфных аппаратах[324].
Первым, кто попытался использовать электричество для передачи звука, был американский изобретатель Чарльз Пейдж[325]. В 1837 г. он сумел вызвать эффект, который назвал «гальванической музыкой»[326]. Взяв два камертона, Ч. Пейдж поместил между ними два электрода: один оставил без изоляции и подвел к первому камертону, другой присоединил к электромагниту и разместил рядом со вторым камертоном. Когда изобретатель приводил в движение первый камертон, он начинал вибри-ровать, замыкая/размыкая электрическую цепь, в результате чего электри-ческий магнит соответствующим образом воздействовал на второй камертон, заставляя его вибрировать и звучать[327].
Это вдохновило некоторых изобретателей на создание поющего телеграфа, способного передавать музыку.
Наибольших успехов в этом отношении добился немецкий изобре-татель Иоганн Филипп Рейс (1834–1874)[328], работавший учителем в школе для глухонемых. 26 октября 1861 г. он выступил во Франкфурте-на-Майне с докладом «О телефоне посредством гальванического тока»[329] и про-демонстрировал свое изобретение[330].
В литературе можно встретить разные описания сконструированного им аппарата. Причина этого, по всей видимости, заключается в том, что он создал несколько его образцов[331].
Один из аппаратов И. Ф. Рейса представлял собою полый ящик с двумя отверстиями, перекрытыми тонкими перепонками. К первой перепонке изнутри была прикреплена металлическая пластинка, соприкасавшаяся с острием установленной рядом металлической иглы, которая была подсоединена к электрической цепи.
Под влиянием колебаний упомянутая пластинка касалась острия иглы, в результате чего происходило замыкание и размыкание цепи. На другом конце этой цепи находилось приемное устройство. Оно состояло из резонансной доски, на которой была установлена проволочная спираль, а внутри нее металлическая спица. Под влиянием изменений в электрической цепи, резонансная доска вибрировала. В такт с нею вибрировали спираль и спица. При этом они издавали звук, который воспроизводила вторая перепонка[332].
Другая конструкция аппарата Ф. Рейса отличалась тем, что на первой перепонке вместо металлической пластинки находилась гибкая ленточка фольги, а вместо резонансной доски с проволочной спиралью и спицей использовался соленоид с сердечником, который издавал звук при перемагничивании[333].
Созданный И. Ф. Рейсом аппарат был способен передавать по проводам отдельные звуки и даже мелодии, но он не мог воспроизводить членораздельно человеческую речь[334].
Европейская научная общественность не проявила интереса к этому изобретению. Но когда его продемонстрировали в США, здесь начались поиски путей усовершенствования аппарата И.Ф. Рейса. Через несколько лет, уже после смерти изобретателя, они привели к созданию телефона.
Чтобы поющий «аппарат Рейса» «заговорил», необходимо было решить проблему, на которую обратил внимание известный немецкий ученый Герман Гельмгольц[335]. Он пришел к выводу, что для передачи звука необходимо воспроизведение «не только его частоты, но и тембра», который «в момент полного перерыва цепи» искажается или же вообще утрачивается[336].
Если при телеграфировании можно было использовать прерывистые электрические сигналы, для передачи звука нужен был непрерывный электрический ток[337].
В связи с этим следует вспомнить, что к тому времени уже был найден способ передачи телеграфных сообщений не только с помощью замыкания и размыкания электрической цепи, но и с помощью электромагнитных колебаний. Вспомним хотя бы изобретение Г. И. Морозова[338].
«Первым, кто при экспериментах обнаружил способность гармонического телеграфа воспроизводить звук с сохранением тембра, – пишет А. В. Яроцкий, – был американский физик Эллайша Грей. О своем изобретении он сообщил в печати в августе 1874 г. Однако закончил разработку изобретения и подал заявку на патент лишь 14 февраля 1876 г., назвав изобретение «Устройство для передачи и приема вокальных звуков телеграфным способом»[339].
Мы не знаем, был ли Э. Грей знаком с изобретением Г. И. Морозова, но он использовал для преобразования механических, в данном случае звуковых колебаний в электрические жидкостный микрофон[340].
В тот же день, но на 2 ч раньше заявку на изобретение телефона подал другой изобретатель Александр Белл (1847–1922)[341].
Александр Белл являлся специалистом по акустике и ораторскому искусству. Его дед был основателем ораторской школы в Лондоне, а отец профессором риторики в Лондонском университете. В 1870 г. его семья переселилась в Канаду, затем А. Белл переехал в США и в 1873 г. стал профессором вокальной физиологии в школе ораторского искусства Бостонского университета. Здесь он открыл собственную школу и стал заниматься с глухонемыми детьми[342].
В 1875 г. Александр Белл и его помощник Томас Ватсон производили опыты, пытаясь создать «поющий телеграф». Во время одного из них, когда они находились в разных комнатах, Т. Ватсон нажал кнопку, чтобы привести в действие звонок, однако магнит притянул к себе молоточек звонка и не отпустил его. Когда Т. Ватсон оттянул молоточек от магнита рукой, в другой комнате на приемном аппарате раздался какой-то звук[343].
А. Белла заинтересовал этот эффект. И вскоре он понял, что совер-шенно случайно сделал открытие. Оказывается, для превращения звуковых колебаний в электрические совсем не обязательно, чтобы мембрана замыкала и размыкала электрическую цепь. Для этого достаточно, чтобы она меняла существующее вокруг цепи электромагнитное поле.
«Понять суть открытого Белом принципа, – пишут авторы книги «История вещей», – можно, если представить постоянный магнит, в поле которого находится гибкая пластина, способная колебаться под действием звуковых волн. При приближении пластины к полюсу магнита его поле будет усиливаться, а при движении в обратном направлении – ослабевать. Это происходит вследствие электромагнитной индукции: в металлической пластине, движущейся в магнитном поле, возникает ток, создающий вокруг пластины собственное поле. Оно накладывается на поле магнита и при колебании пластины усиливает его или ослабляет»[344].
И далее: «Поместив такой магнит в катушку с проволокой, можно обнаружить, что при колебаниях магнитного поля в нем возникает переменный электрический ток. Если его направить на обмотку другого магнита, ток будет вызывать колебания магнитного поля, полностью повторяющие колебания первого магнита. Стоит поместить у полюса принимающего магнита металлическую пластину, аналогичную той, что находится в поле передающего магнита, поле придет в движение, воспроизводя звуковые колебания»[345].
14 февраля 1876 г. А. Г. Белл подал в Вашингтонское патентное бюро заявку на изобретение «Телеграф, при помощи которого можно передавать человеческую речь». 7 марта он получил патент, а 10 марта передал на расстояние 12 м (по проводу, который соединял его квартиру с лабораторией на чердаке) распоряжение своему помощнику Томасу Ватсону: «Идите сюда. Мистер Ватсон. Вы мне нужны». И услышал в ответ: «Мистер Белл, я отчетливо слышу каждое произнесенное Вами слово»[346].
4.2. Усовершенствование телефона
Когда Томас Ватсон говорил о том, что от «отчетливо» слышит каждое слово своего наставника, он немного лукавил, так как первый телефонный аппарат был очень несовершенен, и качество воспроизводимого им голоса оставляло желать лучшего.
Именно это было главной причиной того, почему летом 1876 г. в Филадельфии на Всемирной выставке, которая была посвящена столетию со дня образования США, телефон А. Белла не привлек к себе особого внимания[347].
Но тут изобретателю помог случай. Его узнал посетивший выставку император Бразилии Педро II, незадолго перед тем побывавший в той самой школе для глухонемых, в которой преподавал А. Белл. Император не только пришел сам, чтобы познакомиться с изобретением, но и привел с собою члена жюри выставки уже упоминавшегося английского ученого Уияльяма Томсона (1824–1907), который участвовал в прокладке трансатлантического телеграфного кабеля. У. Томсон был восхищен изобретением, пригласил А. Белла в Европу и сделал ему широкую рекламу[348].
Авторы «Истории вещей» так описывают созданный А. Беллом телефон: «Первые аппараты, запущенные в серийное производство были устроены довольно просто. Они включали в себя постоянный магнит в форме стержня, один полюс которого окружала индукционная спираль из медной проволоки. У полюса магнита была расположена пластина из мягкого железа, служившая мембраной и соединенная с индукционной спиралью. Устройство помещалось в деревянную оправу, имевшую со стороны мембраны воронкообразное отверстие для приема звука. Индукционные спирали приемного и передаточного аппаратов были соединены в одну цепь. Такая трубка использовалась одновременно и для приема и для передачи: в нее можно было говорить и, приложив воронку к уху, слышать речь собеседника»[349].
Если первоначально изобретение А. Белла вызвало интерес, то когда дело перешло в практическую плоскость, оказалось, что созданный аппарат настолько несовершенен, что возник даже вопрос о возможности его практического использования[350].
Однако значение этого средства связи было настолько велико, что десятки, если не сотни изобретателей направили свои усилия на его совершенствование. К 1900 г. было запатентовано около трех тысяч предложений[351].
Как отмечают специалисты, «телеграфный аппарат Белла довольно хорошо справлялся с задачей преобразования электрических сигналов в звуковые, но не мог надлежащим образом превращать звуковые волны в электрические сигналы»[352]. В связи с этим в совершенствовании, прежде всего, нуждался микрофон.
Одним из первых со своими предложениями на этот счет выступил Дэвид Юз, тот самый английский изобретатель, который в 1855 г. скон-струировал буквопечатающий телеграф[353].
«В мае 1878 г., – пишет А. В. Яроцкий, – Д. Е. Юз доложил Лондон-ской королевской академии, членом которой состоял, об открытии им микрофонного эффекта. Исследуя плохие электрические контакты при помощи телефона, Юз обнаружил, что колебания плохого контакта прослушиваются в телефон (как в медицинскую трубку). Испробовав контакты, изготовленные из разных материалов, он убедился, что эффект с наибольшей силой проявляется при применении контактов из прессованного древесного угля». Исходя из этого Д. Юз в 1877 г. сконструировал угольный микрофон[354].
Он представлял собой горизонтальную пластинку, на которой вертикально были закреплены два угольных стержня, имеющие сверху желобообразные углубления. В эти углубления как перекладина помещался третий угольный стержень. Под влиянием колебаний мембраны происходило колебание горизонтальной пластины, а значит, дрожание угольной перекладины. В результате она то сильнее, то слабее прикасалась к двум другим стержням. А поскольку они были включены в электрическую цепь, в местах касания происходило соответствующее изменение сопротивления, а значит, силы тока, под влиянием которой приводилась в движение мембрана в приемном устройстве[355].
Однако при всех достоинствах микрофон Д. Юза имел, по крайней мере, два недостатка: во-первых, вибрация угольных контактов вызывала искрение, которое отдавалось в телефоне потрескиванием, и чем сильнее был звук, тем сильнее были помехи, во-вторых, угольные стержни очень быстро перегорали[356].
Поэтому совершенствование микрофона продолжалось. Очень плодотворной оказалась идея использовать в микрофоне не угольные стержни, а угольный порошок. Представьте коробочку, которую Г. Моро-зов и Э. Грей наполняли водой, заполненную мелко истолченным уголь-ным порошком. В таком микрофоне под влиянием колебаний мембраны будет происходить изменение плотности порошкового слоя, а значит, сопротивления и силы проходящего через него тока[357].
Вокруг вопроса о том, кто изобрел первый порошковый микрофон, до сих пор идут споры[358]. По всей видимости, пальма первенства принадлежит известному американскому изобретателю Т. Эдисону[359]. За свои 84 года жизни он зарегистрировал 1300 патентов[360]. Получается, около 20 изобрете-ний в год или два изобретения в месяц. Это наводит на мысль, что под именем Т. Эдисона творил научный коллектив.
Усовершенствованный им телефонный аппарат, кроме порошкового микрофона, имел еще несколько достоинств. Для усиления электрических колебаний в передающем устройстве была использована индукционная катушка – трансформатор. Кроме того, микрофон и принимающая телефон-ная трубка были включена в две разные параллельные цепи[361].
В отличие от Т. Эдисона русские инженеры И. М. Голубицкий (1880) и Е. И. Гвоздев (1889) направили свои усилия на то, чтобы усовершен-ствовать микрофон за счет использования электромагнитной индукции и в этом отношении добились значительных результатов[362].
Однако порошковый микрофон оказался дешевле и проще. С конца XIX в. он получил самое широкое распространение и использовался на протяжении почти целого столетия.
Проблема коммутации
Первоначально многие смотрели на телефон лишь как на дорогую игрушку. Даже Т. Эдисон не смог сразу оценить те перспективы, которые открывало это изобретение. Дело в том, что первые телефоны могли соединять между собою только двух абонентов[363].
Едва ли не первым, кто поднял вопрос о необходимости сделать телефон общедоступным и предложил способ его решения, стал венгерский изобретатель Тивадар Пушкаш (1844–1893)[364].
Его идея была невероятно проста: чтобы телефонная связь могла соединять всех абонентов, имеющих телефоны, необходимо поставить между ними соединительный центр, куда сходились бы и откуда расходились бы все телефонные линии. Такой центр получил название телефонной станции, а устройство для соединения и разъединения отдельных абонентов – коммутатор[365].
Проект Т. Пушкаша сводился к следующему. Он предложил вывести все телефоны на общую панель так, чтобы один провод каждого телефона шел через нее сверху вниз, другой справа налево, а затем сделать в местах пересечения проводов разных телефонов ячейки, которые можно было закрывать металлическим клинышками и таким образом соединять двух абонентов[366].
С этой идеей весной 1877 г. Т. Пушкаш прибыл в США. Т. Эдисон взял его к себе в помощники. Началась работа по созданию первой телефонной станции[367].
В ходе этой работы первоначальный проект претерпел изменения. Конструкция первого коммутатора тоже представляла панель, на которую были выведены контакты телефонов, но в строго определенном порядке. Первоначально их размещали по алфавиту, потом стали нумеровать. Абонент снимал трубку телефона, в результате чего его аппарат соединялся с коммутатором, затем называл необходимый ему телефон. После этого телефонистка брала штеккер (гибкий изолированный провод в виде шнура) с двумя обнаженными концами и вставляла их в ячейки двух телефонных линий (вызывающей и вызываемой), замыкая обе линии между собой[368].
Считается, что первая коммерческая телефонная станция была открыта 28 января 1878 г. в городе Нью-Хэвен (штат Коннектикут)[369]. В начале 80-х гг. они имелись почти во всех американских городах США с населением более 10 тыс. человек[370]. На рубеже 70–80-х гг. телефонные станции появились в Европе, а затем и в других частях света.
Первоначально даже в крупных городах абонентов было немного. Поэтому вполне достаточно было одной городской телефонной станции. Причем, как было установлено практикой, одна телефонистка могла обслу-живать около 100 номеров[371].
Когда этот предел наступил, новые телефоны пришлось передать на новый коммутатор и сажать за него другую телефонистку. По мере увеличения количества абонентов на телефонной станции происходило увеличение количества коммутаторов и телефонисток.
Чем больше становилось коммутаторов, тем острее вставал вопрос: как соединить два телефона, если их ячейки с контактами находятся на разных коммутаторах? Пока коммутаторных панелей было немного, их можно было располагать рядом. До какого-то момента можно было увеличивать длину соединительного штекера. Но когда счет пошел на тысячи абонентов, а значит, на десятки коммутаторов, стало очевидно, что выход из этого положения лежит на пути создания принципиально иной системы коммутации.
В результате этого появился автоматический коммутатор с декадно-шаговым искателем, создателем которого считается американский изобре-татель, владелец похоронной конторы А. Б. Строутжер[372].
Свое название этот коммутатор получил от положенного в основу поисковой системы принципа объединения всех абонентов в десятки (декады), десять десятков – в сотню, десять сотен – тысячу и т.д. Этот принцип действует до сих пор. Если набирается 7-значный петербургский номер, то первая цифра означает номер миллиона, вторая – номер сотни тысяч, третья – десятка тысяч, четвертая – тысячи, пятая – сотни, шестая – десятка, седьмая – номер в этой десятке[373].
На телефонной станции сгруппированные таким образом контакты всех телефонов стали выводить на панель (по десять на каждой) и располагать их полукругом. Над первой панелью была установлена вторая, над нею третья, четвертая и так до десяти. В результате получалось что-то вроде 10-этажного здания. Контакты каждой сотни тоже выводились на панель (по десять на каждой), эти панели тоже размещались в десять «этажей». И так далее.
Поскольку все контакты были объединены в блоки по сто в каждом, рассмотрим, как работала эта система на примере одного из таких блоков. В центре полукруга находилась ось, на которой параллельно к панелям крепился металлический стержень – «щетка». Над щеткой находился один электромагнит, у основания оси – другой. Когда начинал действовать первый магнит, «щетка» поднималась вверх, когда включался второй магнит, ось, а вместе с нею и щетка начинали вращаться.
Вращение оси осуществлялось с помощью специальной шестеренки, которая находилась на ней. Рядом с шестеренкой были установлены «собачка» и небольшой электромагнит. При замыкании цепи электро-магнит притягивал к себе «собачку», она приходила в движение, касалась зубца шестеренки и сдвигала ее на один шаг. При размыкании цепи «собачка» возвращалась в свое прежнее положение.
Сняв трубку и соединившись с АТС, абонент набирал необходимый ему номер и тем самым размыкал и замыкал цепь. Когда абонент набирал первую цифру, замыкался и размыкался первый магнит, который притя-гивал к себе «щетку» и на соответствующее количество шагов (этажей) поднимал ее вверх. Когда абонент набирал вторую цифру, подобным же образом включался и выключался второй магнит, который соответ-ствующее количество раз приводил в движение «собачку», она – ось, вместе с осью на определенное количество градусов поворачивалась щетка, которая, останавливаясь, замыкала необходимый контакт.
Популярное описание этого механизма можно найти в книге Эмила Кондзиерски «Алло! Кто у телефона?»[374].
Первые автоматические телефонные станции, АТС появились в США уже в конце XIX в.[375] Созданная в конце XIX в. система АТС существует до сих пор. Единственно, что изменилось за это время – механизм автома-тической коммутации[376].
Получивший широкое распространение декадно-шаговый искатель имел три важных недостатка: невысокую скорость действия, низкое качество соединения и быструю изнашиваемость.
Поиски путей усовершенствования автоматической телефонной ком-мутации начались не позднее 1900 г.[377] и привели к изобретению коорди-натного искателя, который в 1915 г. запатентовал инженер Western Electric Д. Н. Рейнольдс, а в 1919 г. продемонстрировал шведский инженер Готтхильф Бетуландер[378]. В основе этой системы коммутации лежала идея перекрестного соединения абонентов, которая была предложена еще Т. Пушкашом, с той лишь разницей, что роль соединительного клинышка стал играть автоматический искатель[379].
Первая АТС оснащенная координатными искателями была открыта в 1923 г. в Швеции в городе Гетеборг. В 1938 г. первая координатная АТС появилась с США[380]. Однако дальнейшее распространение координатного искателя задержала начавшаяся в 1939 г. Вторая мировая война. Только после ее окончания он постепенно стал оттеснять декадно-шаговый искатель на второй план[381].
Почти одновременно с созданием координатного искателя появилась электроника, которая открыла возможность создания новой, электронной или бесконтактной коммутации.
Электронный коммутатор представляет собой «электровакуумный многоконтактный переключатель, в котором переключение производится сфокусированным потоком электронов (электронным лучом), перемещае-мым по контактным электродам электрическим или магнитным полем»[382].
Однако электронные лампы стоили очень дорого. Поэтому не только декадно-шаговый, но и координатный искатель были намного дешевле электронного[383]. В связи с этим первоначально на АТС электронными лампами стали заменять лишь отдельные детали, в результате чего сначала появились «гибридные» и только позднее полностью электронные АТС[384].
Первая аналоговая электронная АТС была открыта в 1965 г. в штате Нью-Джерси[385]. Таким образом, еще не завершился переход от декадно-шагового искателя к координатному, как начался переход от механического коммутирования к электронному.
Совершенствование средств коммутации способствовало постепен-ному расширению сети абонентов.
В 1876 г., когда телефон еще только-только появился на свет, было выпущено около тысячи телефонных аппаратов[386]. В 1890 г. их количество превысило 200 тыс.[387], в 1922 г., когда умер А. Г. Белл, их было уже около 25 млн[388]. Если учесть, что в то время на планете проживало 2 млрд чел.[389], получится, что один телефон приходился примерно на 80 чел., а если принять среднюю семью в составе 4 чел., на 20 семей.
В действительности картина была еще более скромной, так как к тому времени телефонизация захватила главным образом Америку и Европу, причем на США приходилось 13 млн телефонов[390]. Поэтому если здесь телефоны имела каждая вторая семья, в остальных странах телефон приходился на 150 чел. За пределами телефонизации в 20-е гг. оставались почти вся Азия, Африка, Латинская Америка, Австралия.
В 1928 г. насчитывалось 30 млн телефонных аппаратов, в 1958 – около 120 млн, в 1974 г. – 330 млн[391]. К этому времени население планеты увеличилось до 4 млрд чел.[392], а количество семей примерно до 1 млрд. Следовательно, к тому времени телефонизация захватила примерно треть населения планеты.
В 2000 г. на планете было уже 1,5 млрд телефонов[393]. Если принять во внимание численность населения к этому времени – около 6 млрд чел. и взять среднюю семью в размере 4 чел., мы получим около 1,5 млрд семей. Следовательно, к концу XX в. телефонизация в основном была завершена.